(57)【要約】シリコンウエハであって、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンの中に単結晶シリコンが埋め込まれた構造を有することを特徴とするハイブリッドシリコンウエハ。一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように埋め込まれた構造を有する同ハイブリッドシリコンウエハ。多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハを提供することを課題とする。
2011055672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハであって、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンの中に単結晶シリコンが埋め込まれた構造を有することを特徴とするハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項２】
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンと単結晶シリコンとの接合界面が、拡散接合していることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項３】
ウエハ表面の全面積に対する単結晶シリコンの面積比率が３０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項４】
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の面方位が、（３３１）、（４２２）、（５１１）からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項５】
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように埋め込まれた構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項６】
多結晶シリコン部の、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項７】
多結晶シリコン部のガス成分であるＣ及びＯが、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項８】
ウエハが円盤形であり、該ウエハの全体の直径が４００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体製造工程においては、単結晶引上げによって製造されたウエハが専ら使用されている。この単結晶シリコンウエハは時代と共に大きくなり、近い将来φ４００ｍｍ以上となることが予想される。そして、半導体製造プロセスに必要な装置及び周辺技術を確立するために、試験用に所謂メカニカルウエハが必要となっている。
一般に、このようなメカニカルウエハは、かなり精度の高い試験が必要とされるので、単結晶シリコンの機械的物性に類似した特性が必要とされる。したがって、従来は、試験用とは言っても、実際に使用される単結晶シリコンウエハをそのまま使用しているのが実情である。しかし、φ４００ｍｍ以上の単結晶シリコンウエハは非常に高価であるため、単結晶シリコンの特性に類似した安価なウエハが要求されている。【０００３】
一方、このような半導体製造装置の構成部品としてシリコンの矩形又は円盤状の板からなるスパッタリングターゲットの使用も提案されている。スパッタリング法は薄膜を形成手段として使用されているが、これには２極直流スパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法など、いくつかのスパッタリング法があり、それぞれ固有のスパッタリングの性質を利用して各種電子部品の薄膜が形成されている。【０００４】
このスパッタリング法は、陽極となる基板と陰極となるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。【０００５】
このようなスパッタリングターゲットに、多結晶のシリコン焼結体が提案されているが、この焼結体ターゲットは成膜効率を高めるために、厚さが大きくかつ大型の矩形又は円盤状のターゲットが要求されている。また、この多結晶のシリコン焼結体を、単結晶シリコンウエハの保持用ボードとして使用する提案もなされている。しかし、多結晶シリコンは、焼結性が悪く、得られた製品は低密度で、機械的強度が低いという大きな問題がある。【０００６】
このようなことから、上記のシリコン焼結体ターゲットの特性を改善しようとして、減圧下で１２００°Ｃ以上珪素の融点未満の温度範囲で加熱して脱酸した珪素粉末を圧縮成形し焼成して形成した珪素焼結体であり、焼結体の結晶粒径を１００μｍ以下に設定した珪素焼結体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、このようにして製造されるターゲットは、厚みが薄い場合、例えば５ｍｍ以下の場合には、比較的密度が高くなり強度的にも向上するが、それを超えるような厚さになった場合には、依然として低密度（９９％に満たない）であり、それに伴って機械的強度が劣ることとなり、大型の矩形又は円盤状のターゲットを製造することができないという問題があった。【０００７】
以上のようなことから、本出願人は、先に平均結晶粒径が５０μｍ以下、相対密度が９９％以上であるシリコン焼結体及びその製造方法を提案した（特許文献２参照）。
このシリコン焼結体は、高密度で、機械的強度が高く、多くの利点を有しているものであるが、これらの特性をさらに改善することが要求されていたが、この点を改良した特許出願を行った。
これらシリコン焼結体を用いたウエハは、機械的特性が単結晶シリコンと近いため、半導体製造装置の搬送系や、ロボティックスの開発用としてのダミーウエハに用いることが出来る。また、ＳＯＩウエハのベース基板としての適用も検討されている。【０００８】
しかし、これらは全てシリコン焼結体からなる多結晶シリコンであり、単結晶の物性に類似する点は多数あるが、単結晶そのものの機能を有するものでないため、成膜試験等、プロセス試験用には使用できない、という基本的な欠点を備えている。
また、単結晶シリコンに替えて、高品質の多結晶シリコンを製造するという提案もなされている（特許文献３参照）。しかし、多結晶シリコンは、どのような工夫をしても、単結晶シリコンの特性に及ばないという欠点を有する。
また、本出願人による、先に発明した出願があるが、焼結シリコンを多結晶部に使用するため、結晶方位がランダムであり、研磨時の段差が発生するという問題及びガス成分の不純物が多量に含有するという問題がある（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３３４２８９８号公報
【特許文献２】特許第３８１９８６３号公報
【特許文献３】特開２００５−１３２６７１号公報
【特許文献４】特願２００８−１７９９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の通り、ＬＳＩプロセスに使用される単結晶ウエハの形状は、時代とともに大口径化しており、直径４００ｍｍ以上の単結晶ウエハへと移行する。しかし、直径４００ｍｍ以上の単結晶ウエハは非常に高価であり、それに伴ってダミーウエハも高価になり、ＬＳＩプロセスのコスト増になる。また、直径４００ｍｍ以上の大口径な単結晶シリコンウエハの場合、これまでの３００ｍｍウエハに比べ、単結晶劈開面での割れの頻度が多くなり、歩留まりが低下することが懸念される。【００１１】
そこで、本発明は、汎用の３００ｍｍ単結晶を用いて、４００ｍｍ以上のダミーウエハに適応可能な、ハイブリッドウエハを安価に提供すると同時に、ダミーウエハの強度を向上することによる歩留まりを向上することを目的とする。すなわち、本発明は、多結晶シリコンウエハと単結晶シリコンウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハを提供することにある。【００１２】
ハイブリッドウエハの多結晶シリコン部分に、焼結シリコンを使用することも出来るが、溶解Ｓｉインゴットに比べ、Ｃ、Ｏ等のガス成分が多く、硬度の高いＳｉＣやＳｉＯ２が結晶粒界に析出するため、単結晶シリコン部に比して鏡面研磨工程における研磨速度が遅く、単結晶シリコン部と多結晶シリコン部で厚みに段差が生じる問題がある。本願発明はこのような問題を解決できるハイブリッドシリコンウエハを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明者は、機械的強度を向上させた多結晶シリコンを得ると共に、この多結晶シリコンに単結晶シリコンを埋め込み、多結晶シリコンウエハと単結晶シリコンウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハができるとの知見を得た。【００１４】
本発明は、上記知見に基づき、
１）シリコンウエハであって、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンの中に単結晶シリコンが埋め込まれた構造を有することを特徴とするハイブリッドシリコンウエハ
２）一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンと単結晶シリコンとの接合界面が、拡散接合していることを特徴とする１）記載のハイブリッドシリコンウエハ
３）ウエハ表面の全面積に対する単結晶シリコンの面積比率が３０％以上であることを特徴とする１）又は２）記載のハイブリッドシリコンウエハ
４）一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の面方位が、（３３１）、（４２２）、（５１１）からなることを特徴とする１）〜３）のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ
５）一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように埋め込まれた構造を有することを特徴とする１）〜４）のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ
６）多結晶シリコン部の、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする１）〜５）のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ
７）多結晶シリコン部のガス成分であるＣ及びＯが、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする１）〜６）のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
８）ウエハが円盤形であり、該ウエハの全体の直径が４００ｍｍ以上であることを特徴とする１）〜７）のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ、を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上により、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハを提供することができるので、単結晶ウエハとしての特性及び機能と多結晶シリコンウエハの持つ特性と機能を、同時に保有するという大きな効果を有する。
ハイブリッドシリコンウエハの支持母体となる多結晶シリコンウエハにおいては、大型化と強度の向上は必要なことである。【００１６】
本願発明のハイブリッドシリコンウエハに備わる多結晶シリコンウエハは、メカニカルウエハとして使用される単結晶シリコンの機械的物性に類似した特性を備えている。すなわち、強度が高く、割れやチッピングを発生することなく、複雑な形状にも容易に加工することができるため、単結晶シリコンを埋め込むための機械加工が可能である。この特徴により比較的安価である小径の単結晶シリコンを用い、必要とされる部分に、適当なサイズの単結晶シリコンを埋め込むことが出来る。【００１７】
また、多結晶シリコンは大型インゴットとして製造出来るため、大型インゴットに単結晶インゴットを埋めこみ、界面を接合させ、その接合体をスライスすることで、ハイブリッドシリコンウエハを製造することが出来る。このように、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハは、同サイズの単結晶ウエハ単独に比べ、歩留まりを大きく向上させ、製造コストを低減できる。すなわち、太陽電池用多結晶シリコンインゴットおよび３００ｍｍ単結晶シリコンを用いることにより、安価な４００ｍｍ以上のダミー用シリコンウエハを作製することができる。【００１８】
また、純度６Ｎ以上の多結晶シリコンインゴットを使用することにより作製したダミー用シリコンウエハは、プロセス装置に導入しても装置及び他の部材を汚染しないという特徴を有する。さらに、多結晶シリコンに一方向凝固法で作製したシリコンインゴットを使用し、凝固方向（結晶粒の長手方向）が埋め込んだ単結晶の劈開面に対し１２０°〜１５０°となるようにセッティングすることにより、ウエハ強度を高めることができウエハの劈開割れによる歩留まり低下を防止できるという大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】多結晶シリコンインゴットを用い、この多結晶焼結シリコンの一部をくり抜き、このくり抜いた部分に、予め作製した単結晶インゴットを挿入する工程の説明図である。
【図２】単結晶ウエハの劈開面に沿った方向に曲げ荷重を負荷した時の、多結晶シリコン部の結晶粒形状の長尺方向とウエハが割れる荷重の関係を測定するための試験例を示す図である。
【図３】多結晶シリコンの結晶粒の長尺方向と単結晶シリコンの劈開方向との角度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のハイブリッドシリコンウエハは、多結晶のシリコンウエハの中に単結晶ウエハが埋め込まれた構造を備えているものである。すなわち、１枚のハイブリッドシリコンウエハに、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハが同居する構造を有する。換言すれば、多結晶シリコンウエハの中に、単結晶ウエハが保持された構造を呈している。多結晶シリコンウエハ及び単結晶ウエハの各面は、表面に露出しており、製作の段階では、同時に機械加工及び研磨するので、同等の研磨面を備えている。通常、この多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの各面の表面粗さＲａの差は、０．０２μｍ以下とするのが望ましい。
【００２１】
特に、ハイブリッドシリコンウエハは、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンの中に単結晶シリコンが埋め込まれた構造を有することが特徴である。単結晶シリコンウエハで最も大きな弱点は、破壊強度（抗折力）の低下であるが、本願発明はこの弱点を克服することができる。
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンと単結晶シリコンとの接合界面を拡散接合させるのが望ましい。これによって、両者の接合が確実に行うことができる。また、ウエハ表面の全面積に対する単結晶シリコンの面積比率が３０％以上とするのが望ましい。これは、単結晶シリコンを有効活用する面積を増加させることを狙いとする。
【００２２】
本願発明のハイブリッドシリコンウエハは、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の面方位を、（３３１）、（４２２）、（５１１）とするのが望ましい。これは、多結晶シリコンの強度を有効に活用するためである。
また、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように埋め込むのが、さらに好ましい構造である。これは、後述する実施例に示すように、ハイブリッドシリコンウエハの破壊強度を増加させるためである。
【００２３】
ハイブリッドシリコンウエハは、多結晶シリコン部の、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。また、多結晶シリコン部のガス成分であるＣ及びＯが、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下であることが望ましい。このようにして作製したダミー用シリコンウエハは、プロセス装置に導入しても装置及び他の部材を汚染しないという特徴を有する。これにより、全体の直径が４００ｍｍ以上の円盤形ウエハの利用価値を、より高めることができる。
【００２４】
単結晶シリコンウエハの支持母体となる多結晶シリコンウエハのサイズは、大型のものが作製可能である。一方、単結晶シリコンでは、φ４００ｍｍを超える大型サイズになると非常に高価となる。しかし、多結晶シリコンウエハでは、φ４００ｍｍ以上のシリコンウエハの作製が容易である。
従って、たとえばφ４００ｍｍ以上の円盤型多結晶シリコンウエハの一部に、円盤型単結晶シリコンウエハが埋め込まれた形のハイブリッドウエハであれば、製作が容易であり、かつ安価に製造可能となる。
【００２５】
これらのウエハの形は、円盤型に限らず、矩形等に製作できることは容易に理解されるであろう。また、埋め込まれる単結晶シリコンの形状も円盤型に限らず、矩形、長円楕円、レーストラック状等に作製可能である。
単結晶シリコンの大きさには、特に制限はないが、単結晶ウエハの最も長い径が、ウエハ全体の径の５０％以上を有していることが望ましい。これによって、単結晶ウエハの特性を利用する試験において、ハイブリッドシリコンウエハを有効に活用できる。特に単結晶の埋め込み位置を偏芯させ、半径方向の分布を試験する場合には有効である。
【００２６】
また、単結晶シリコン部分が円盤形だけでなく、矩形、長円楕円、レーストラック状等を同時に埋め込むことが可能なので、この場合は単結晶シリコン部分の表面積が、ウエハ全体の表面積の３０％以上となるようにすることができる。
しかし、これらの形に制限されるものではない。大きさの限界は、多結晶シリコンウエハに単結晶ウエハを保持できるサイズであり、これも特に限界があるといものではない。また、上記よりも小さいサイズの単結晶ウエハを埋め込むことも、勿論可能である。さらに、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハとの接合強度を高めるために、接合界面は、相互に拡散接合していることが望ましい。用途によっては接着層を挿入しても良い。
【００２７】
本発明のハイブリッドシリコンウエハの製造に際しては、上記のように、予め一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンの一部をくり抜き、このくり抜いた部分に単結晶インゴットを挿入し、これらを相互に加熱拡散接合させて、多結晶シリコンと単結晶シリコンインゴットの複合体を作製する。
次に、この複合体をスライスして多結晶シリコンの中に単結晶シリコンウエハが埋め込まれた構造を有するハイブリッドシリコンウエハを作製することができる。
この製作方法は、一度に多数枚のハイブリッドシリコンウエハを製造することを目的とするものであり、一枚毎にハイブリッドシリコンウエハを製造することも、当然可能である。
【００２８】
この場合、ハイブリッドシリコンウエハの強度を向上させるために、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の面方位を、（３３１）、（４２２）、（５１１）に調整することが有効である。また、この一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように、単結晶シリコンを埋め込むのが望ましい。これによって、ハイブリッドシリコンウエハの強度を確実に向上させることが可能となる。
【００２９】
また、本発明のハイブリッドシリコンウエハを製造する場合には、単結晶シリコンウエハと同様の特性を持たせるために、多結晶シリコン部の、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下とすることが望ましい。さらに、好ましくは、多結晶シリコン部のガス成分であるＣ及びＯが、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下とするのが良い。これによって、ハイブリッドシリコンウエハの全体の特性を向上させることができる。
【００３０】
上記複合体をスライスして作製する場合、スライス後の単結晶ウエハの面方位を、上記のように多結晶シリコン部に対して調整し、単結晶シリコンインゴットを多結晶シリコンに埋め込むことができる。これによって、ハイブリッドシリコンウエハの単結晶ウエハ部をスライスするだけで、面方位を相互に調整した単結晶シリコンウエハを形成できる。このようにして得たスライス後の単結晶ウエハと多結晶シリコンウエハを同時に加工及び研磨してハイブリッドシリコンウエハを製作することができる。
【００３１】
このようなハイブリッドシリコンウエハは、単結晶ウエハとしての機能を有効に活用できる。メカニカルウエハ（あるいはダミーウエハ）として使用するだけでなく、単結晶上への成膜試験などの装置試験用テストウエハと使用することが出来る。また、多結晶シリコンウエハとしての機能、すなわち機械的強度が高く、加工性に富むので、スパッタリングターゲットや半導体製造装置のホルダー等の各種部品として使用することもできる。多結晶部品の製作に際しては、シリコンウエハの割れやチッピングを発生することなく、複雑な形状にも容易に加工することができ、歩留まりを大きく向上させ、製造コストを低減できるという大きな特徴を有する。
以上から、本願発明の「ハイブリッドシリコンウエハ」は、多目的利用が可能であり、従来は、この特性を備えたシリコンウエハは存在していない。
【実施例】
【００３２】
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。なお、以下の実施例は発明を容易に理解できるようにするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく他の例又は変形は、当然本発明に含まれるものである。【００３３】
（実施例１）
一方向凝固溶解法により純度６Ｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌの不純物濃度が各々０．１ｐｐｍ以下、酸素及び炭素含有量１００ｐｐｍ以下の柱状晶多結晶シリコンインゴットを作製した。この場合、一方向凝固溶解法により作製した柱状晶の多結晶シリコンの面方位は、（３３１）、（４２２）、（５１１）からなっていた。
また、本実施例では、極力多結晶シリコン部の純度を高めるために、上記の通りガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下、ガス成分であるＣ及びＯが、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下である原料を使用した。【００３４】
次に、図１に示すように、この多結晶シリコン（φ４５０ｍｍ）インゴットを用い、この多結晶焼結シリコンの一部をくり抜き、このくり抜いた部分に、予め作製した（φ３００ｍｍ）の単結晶インゴットを挿入した。この場合、多結晶シリコンの結晶粒の長尺方向と単結晶シリコンの劈開面との角度が９０°〜１８０°となるように１５°刻みでセッティングした。それぞれのインゴットは、柱状晶多結晶シリコンインゴットの側面の面方位が、上記の通り（３３１）、（４２２）、（５１１）である。一方、単結晶シリコンインゴットをスライスして得られる表面は、通常（１００）方位を有する。【００３５】
多結晶シリコンインゴットと単結晶インゴットとのクリアランスは、０．１ｍｍ以下とした。この後、ＨＩＰにより、１２００°Ｃ、２時間加熱し、相互に加熱拡散接合させ、多結晶シリコンと単結晶シリコンインゴットの複合体を作製した。
次に、この複合体を厚さ１．０１ｍｍにスライスし、直径４５０ｍｍの多結晶シリコンウエハの中に、直径３００ｍｍの単結晶ウエハが埋め込まれた構造を有するハイブリッドウエハを作製した。この後、スライス面を粗研磨、精密研磨し、厚み０．９２５ｍｍ、平均表面粗さＲａ０．０２μｍの鏡面ハイブリッドシリコンウエハを得た。【００３６】
この結果、接合界面にはポアの発生がなく、また剥離や亀裂の発生もない、多結晶シリコンウエハの中に単結晶ウエハが埋め込まれた構造を有するハイブリッドシリコンウエハを得ることができた。
次に、単結晶ウエハの劈開面に沿った方向に曲げ荷重を負荷した時のウエハが割れる荷重を比較した。この場合の試験は、図２に示すように、サンプルサイズを全て直径４５０ｍｍ、厚さ９２５μｍとし、ウエハより十分に長いウエハの中心を通る棒と、その線に対称で１５０ｍｍ離れた２本の棒を支点として、３点曲げした場合の破断荷重を測定することのより行った。【００３７】
この試験結果を、表１に示す。また、多結晶シリコンの結晶粒の長尺方向と単結晶シリコンの劈開方向との角度の関係を図３に示す。この図３には、角度９０°、１３５°、１８０°の場合を示す。
前記表１から、多結晶シリコンの結晶粒の長尺方向と単結晶シリコンの劈開面との角度が、特に１２０°〜１５０°の範囲で、破壊荷重が増大することが判った。しかしながら、９０°〜１２０°、１５０°〜１８０°の範囲においても、破壊荷重が１４．５〜１７．５Ｋｇｆレベルを有する。【００３８】
多結晶シリコンウエハの中に単結晶ウエハが埋め込まれた構造を有するハイブリッドシリコンウエハの強度をそれほど要求されない場合には、特にこのような破壊荷重を気にする必要がないのであるが、特に破壊荷重の向上を求められる場合には、多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が、単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように埋め込むことが望ましいと言える。【００３９】
【表１】
2011055672.tif 000003
【００４０】
このように、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンウエハとした場合において、結晶方位及び又は結晶粒形状の調整により、多結晶シリコンウエハの強度を調整し、十分な破壊荷重を高めることができるので、例えばハイブリッドシリコンウエハに加工した場合、ウエハの径を、４００ｍｍ、４５０ｍｍ、６８０ｍｍと大きくしても、割れやチッピングが発生することはなかった。単結晶シリコンウエハは（１００）方位を有していた。【００４１】
また、単結晶シリコンウエハと本実施例で作製したハイブリッドシリコンウエハを重ね合わせ、アルゴン気流中で８００°Ｃの熱処理を行い、単結晶シリコンの接触面を、ＴＸＲＦ（全反射蛍光X線分析）を用いて、ハイブリッドシリコンウエハからの不純物転写を測定した。その結果、熱処理前の清浄度を維持していた。
なお、多結晶シリコンは不純物の混入は好ましくないので、純度６Ｎのシリコンを使用したが、純度５Ｎレベルであっても、不純物金属成分Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌが各々０．１ｐｐｍ以下であれば、特に問題なく使用できる。また、純度５Ｎ以上であれば、機械的特性に影響を受けることもなかった。【００４２】
（実施例２）
多結晶シリコン部の、不純物であるＣｕ、Ｆｅがそれぞれ０．５ｗｔｐｐｍ、０．３ｗｔｐｐｍ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下であり、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であるハイブリッドシリコンウエハを作製した。
この場合、不純物であるＣｕ、Ｆｅの影響を調べるために、熱転写試験を実施したところ、接触させた単結晶ウエハにＣｕ、Ｆｅの転写が見られた。したがって、高温での熱処理が含まれる工程に使用するダミーウエハとしては使用できない。しかしながら、不純物であるＣｕ、Ｆｅの影響はそれほど大きくなく、高温での熱処理を含まない工程のダミーウエハとしては、十分に使用できるものであった。【００４３】
（実施例３）
多結晶シリコン部の、不純物であるＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．８ｗｔｐｐｍ、１．２ｗｔｐｐｍ、０．３ｗｔｐｐｍ、０．６ｗｔｐｐｍ、ガス成分を除く純度が５Ｎ以上であるハイブリッドシリコンウエハを作製した。
この場合、不純物であるＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌの影響を調べるために、熱転写試験を実施したところ、接触させた単結晶ウエハにＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌの転写が見られた。しかし、それ以外の不純物の転写は見られなかった。
以上の結果、高温での熱処理が含まれる工程に使用するダミーウエハとしては使用できないが、不純物であるＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌの影響はそれほど大きくなく、高温での熱処理を含まない工程のダミーウエハとしては、十分に使用できるものであった。【００４４】
上記実施例２と実施例３から、高温での熱処理が含まれる工程に使用するダミーウエハとしては、多結晶シリコン部の、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下であることが望ましいが、不純物であるＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌの影響はそれほど大きくない場合、すなわち５Ｎレベルの多結晶シリコン部のハイブリッドシリコンウエハであっても、高温での熱処理を含まない工程のダミーウエハとしては、十分に使用できるものであることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上により、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハを提供することができるので、単結晶ウエハとしての特性及び機能と一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンウエハの持つ特性と機能を、同時に保有するという大きな効果を有する。
ハイブリッドシリコンウエハの支持母体となる多結晶シリコンウエハにおいては、大型化と強度の向上は必要なことである。本願発明のハイブリッドシリコンウエハに備わる一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンウエハは、メカニカルウエハとして使用される単結晶シリコンの機械的物性を向上させた特性を備えている。
すなわち、強度が高く、割れやチッピングを発生することなく、複雑な形状にも容易に加工することができる。このように、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハは、単結晶ウエハ単独に比べ、歩留まりを大きく向上させ、製造コストを低減できるという大きな特徴を有するので、成膜装置などのテストウエハとして、また半導体製造装置の各種部品としても有用である。
【図１】
2011055672.tif 000004
【図２】
2011055672.tif 000005
【図３】
2011055672.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月28日(2011.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハであって、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンの中に単結晶シリコンが埋め込まれた構造を有し、多結晶シリコンと単結晶シリコンとの接合界面が、拡散接合していることを特徴とするハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
ウエハ表面の全面積に対する単結晶シリコンの面積比率が３０％以上であることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項４】
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の面方位が、（３３１）、（４２２）、（５１１）からなることを特徴とする請求項１又は３に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項５】
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように埋め込まれた構造を有することを特徴とする請求項１、３〜４のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項６】
多結晶シリコン部の、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１、３〜５のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項７】
多結晶シリコン部のガス成分であるＣ及びＯが、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１、３〜６のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項８】
ウエハが円盤形であり、該ウエハの全体の直径が４００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１、３〜７のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月10日(2011.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハであって、一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコンの中に単結晶シリコンが埋め込まれた構造を有し、多結晶シリコンと単結晶シリコンとの接合界面が、拡散接合していることを特徴とするハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項２】
ウエハ表面の全面積に対する単結晶シリコンの面積比率が３０％以上であることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項３】
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の面方位が、（３３１）、（４２２）、（５１１）からなることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項４】
一方向凝固溶解法により作製した多結晶シリコン部の結晶粒形状が長尺な面をウエハ面とし、その長尺方向が単結晶シリコンの劈開面に対して、１２０°〜１５０°の角度となるように埋め込まれた構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項５】
多結晶シリコン部の、ガス成分を除く純度が６Ｎ以上であり、かつ金属不純物の総量が１ｗｔｐｐｍ以下、金属不純物の内、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌがそれぞれ０．１ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項６】
多結晶シリコン部のガス成分であるＣ及びＯが、それぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【請求項７】
ウエハが円盤形であり、該ウエハの全体の直径が４００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
【国際調査報告】
2011055672.tif 000007
2011055672.tif 000008